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摘要 以巴彦淖尔联通分公司GSM900/DCS1800双频网建设为例，介绍GSM900/1800双频组网方式和无线传播特点，并对GSM900/1800双频网络的优化，DCS 1800的系统覆盖和全网话务均衡，以及GSM900/1800双频网小区参数的调整进行讨论。
引言
随着GSM网络规模与用户数量的迅猛增长，GSM900M有限的频段资源已经明显不足。在话务量较高，基站话音信道与控制信道拥塞的地区，仅通过修改切换参数、降低发射功率等软调整，以及采用跳频、多重频率复用、同心圆等各种小区规划技术已不能从根本上解决无线网络的话务拥塞问题。为了改善无线网络环境，使GSM无线网络质量产生质的飞跃，越来越多的移动通信运营商开始采用1800MHz与900MHz双频段组网技术。利用1800MHz比较宽松的频段资源（1805～1880MHz，1710～1785MHz），能够既经济又有效地缓解GSM900的容量压力，从根本上解决网络容量不足的问题。
本文以中国联通巴彦淖尔分公司为应用背景，讨论如何利用GSM900/DCS1800双频段无线资源，更好地满足GSM移动通信网容量和质量的需求。
一、GSM900/1800双频网规划与设计
由于双频网在组网方式上比单频网更为复杂，因此在建设双频网前必须进行科学有效的规划，通过对话务模型和地理环境的详细调查，给出科学合理的建设方案，使GSM900系统与DCS 1800系统得到良好配合，发挥最大效用。DCS1800系统是由GSM标准演变而来，并且能够与其兼容的蜂窝系统，除频段和射频技术外，其网络结构、语音编码、调制技术、信令规程等绝大部分都与GSM完全相同。DCS1800系统的基站或基站控制器可以通过Abis接口或A接口与GSM交换机相连，故与GSM900系统一样具有技术成熟、设备兼容、组网灵活、利于漫游等突出优点。GSM900/DCS1800双频网络的组网方式是网络容量，网络覆盖和网络质量等几方面需求相互融合的结果。
我们利用OMC-R数据统计，对临河市城区GSM900与DCS1800、GSM1800与DCS1800的切换情况进行了连续一周的忙时统计，结果为网上双频手机占48.4%，单频手机占51.6%；同时对终端销售市场的销售情况进行调查，新购机主要为双频段手机，说明今后网上双频手机的比例还会进一步增大。因此，利用DCS1800系统作为主要话务吸收层和补充覆盖层完全可行。
1.GSM900/1800双频组网方式
根据话务分布情况和网络指标要求，在已有GSM900网络的基础上进行双频组网，DCS1800系统的引入有以下三种方式。
（1）独立MSC方式
独立MSC方式见图1。这种方式的优点是GSM900和DCS1800可以为不同厂家的设备；缺点是容易造成GSM900与DCS1800系统间切换时间长、信令负荷大和切换成功率低等问题；且当双频手机比例很高时，GSM900和DCS1800双层网间的话务均衡较难实现。这种方式适用于GSM1800在市区全覆盖的情况。
图1
（2）共用MSC方式
共用MSC方式见图2。在这种组网方式中，GSM900和DCS1800的基站可以为不同厂家的设备，且GSM900/DCS1800双频间的切换时间较短，成功率较高，信令负荷较小；但当双频手机比例很高时，GSM900和DCS1800双层网间的话务均衡较难实现。
图2
（3）共用BSC方式
共用BSC方式见图3。这种方式对现有网络影响较大。由于在Abis接口上GSM规范不是很严格，所以这种组网方式一般只限于同一个厂家的设备。采用这种方式，GSM900/DCS1800双频网间的切换时间短，成功率高，信令负荷小；当双频手机比例很高时，GSM900和DCS1800双层网间的话务均衡容易实现。
图3
2.巴彦淖尔盟联通双频网存在的问题
中国联通巴彦淖尔盟分公司采用ALCATEL双频网络设备及共用BSC的方式组建双频网，由DCS1800系统主要吸收话务量，GSM900系统进行保护覆盖，来达到两网优化组合，提高网络质量的目的。
（1）GSM900系统
由于GSM用户的发展迅速，基站扩容需求迫切，在临河市区内，GSM900系统的许多扇区均已扩容为三载频，多数基站达到了3/3/3的配置。受频率资源的限制，GSM900已不能实现传统的4×3固定频率复用模式，否则将大量增加同频或邻频干扰，导致无线环境恶化、网络质量下降。在这种情况下，GSM900系统只能采用1×1SFH的跳频方式，来实现合理的频率规划（BCCH采用5×3频率规划，非BCCH载频不需频率规划）。但由于联通GSM900的跳频序列较短（只有12个频点），因此在大站型基站较多、基站分布较密的市区，会导致频率的碰撞率增大，影响无线环境均衡净化的效果。实际路测结果也证实，GSM900系统的网络质量明显低于DCS1800系统，特别是在跳频载频上的实际通话效果更差，因此GSM900系统减容已是当务之急。
（2）DCS1800系统
公司原有DCS1800系统的网络规模相对较小，在城区的许多区域没有形成连续覆盖，导致GSM900/DCS1800双频网间的切换过于频繁，严重影响终端用户的感受和各项网络指标。若能在城区内形成DCS1800系统的连续覆盖，对于改善网络指标，提升终端用户的感受必然大有益处。
3.GSM900/1800无线传播特点
DCS1800的工作频率高于GSM900，其电波传播衰减也大于GSM900，这给双频网的运行和优化带来了困难。数字蜂窝系统在1800MHz频段自由空间的典型路径损耗比900MHz频段大8dB左右；同样50m长的7/8馈线损耗，1800MHz比900MHz大1.5dB左右，因此，在同样的物理条件下，DCS1800的覆盖半径小于GSM900的覆盖半径。
不同频段的无线电波传播路径是不同的。对于900MHz频段的无线通信系统而言，电波的传播方式主要是空间波，即直射波和反射波的合成波。由于受周围（几米至几十米内）几何形状和大小不同的建筑物、树木及其它障碍物或地形起伏的影响，手机接收场强的变化是相当复杂的。这种由传播路径引起的散射、反射和绕射，或因障碍物形成的直线路径上阴影的多径组合，使得到达手机的信号幅度、相位和入射角等都是随机变化的，因而手机有时仅移动几米，其接收场强就会出现较大的起伏。这种起伏的变化速率与手机移动速度、电波长度等有关。由于1800MHz的电波波长是900MHz的一半，因而DCS1800遭受的多径衰落和阴影效应将更加明显，特别是室内覆盖区域。同时1800MHz频率的深衰落点在空间上的分布要比900MHz密集。900MHz频率的深衰落点间隔为17cm，而1800MHz频率的深衰落点间隔则为8cm左右，因此，基站如果采用单极化天线，1800MHz系统的无线水平空间分集距离约比900MHz系统短50%左右。1800MHz的水平空间分集距离为2m左右。这一特点在工程建设，网络维护及优化中可以注意利用。
在双频网建设中，如何合理利用无线资源做好室内覆盖系统的规划设计，亦是在工程建设中需要考虑的实际问题。对建筑物的穿透损耗，1800MHz系统要比900MHz系统小。以混凝土建筑为例，实测穿透损耗结果对应于900MHz，1800MHz，2300MHz分别为14.2dB，13.4dB，12.8dB。室内的电波分量是穿透分量和绕射分量的叠加，而绕射分量占绝大部分，因此，结合前面提到的关于绕射方面的特性考虑，1800MHz系统的室内外电平差比900MHz系统的要大一些。由于传播环境的复杂性及入射波方向等问题，使得量化室内外电平差不太可能，最好的办法是具体问题具体分析，进行特定环境下的室内外电平差测试，以指导室内分布系统建设工作的开展。我们在话务分布密集的临河市区，对于话务分布较为集中的商业楼宇，尽量采用GSM900M微蜂窝来提高覆盖强度，以保证室内深度覆盖的信号质量；对无线话务分布相对较少的大型商场，适当采用GSM900/DCS1800选频直放站来完成室内覆盖，尽量减少使用通频直放站，把直放站对系统的干扰降到最小。另外，在室内分布系统的建设中，还应充分考虑高层的信号泄露与孤岛效应。
二、GSM900/1800双频网的优化
在GSM900/DCS1800双频网络中，移动用户的通信环境是不断变化的。而通信网络要保障的就是在这个不断变化的环境中，为用户提供良好的通话质量；并且在保证网络质量的前提下，最大限度地利用现有网络资源为更多的用户服务。在GSM900/1800双频网中，网络容量具有软特性，即在保证通信质量的前提下，资源利用率越高，可以提供的网络容量就越大，因此，双频网优化的重点是网络质量的提高和网络资源的合理利用。
1.DCS1800系统覆盖和全网话务均衡
在临河城区，共有DCS1800基站14个，都与GSM900基站共站址。DCS1800基站在商业区和主要居民区已基本形成连续覆盖，为吸收话务量、缓解拥塞、提高网络通话质量，起到了非常重要的作用。在现有网络资源的条件下，为使DCS1800系统更好地发挥性能，就必须合理扩大DCS1800系统的覆盖范围，特别是在城区的主要街道和热点地区要形成连续覆盖，尽量减少频段间的切换，降低掉话率，提高网络通话质量。在双频网中，如何使双频手机在两个网络层间合理流动，正常切换；如何合理分配双频网的话务量，同时又保证有较好的系统性能，是双频网优化中应着重考虑的问题。这其中最主要、最基本的手段是做好基站布局的合理规划。为此，我们对临河城区整个双频网络进行了测试分析，并以此为根据进行了合理的网络规划。为改盖DC81800系统覆盖，提高设备利用率，加强了临河城区东西两侧DCS1800基站的建设，同时对现有DCS1800小区进行了扩容。
2.GSM900/1800小区参数调整
在双频网优化中，除了进行以上各项指标的测试及相应调整外，还必须考虑小区的选择、重选和切换等与频段选择有关的行为。根据网络覆盖及容量要求，通过调整小区选择、重选和切换过程中的相关参数，在保证通话质量的前提下，使手机尽量使用DCS1800网络，以分担GSM900网络负荷。即：
①在Idle模式下，手机能驻留在GSM1800小区。
②在traffic模式下，在保证通话质量的前提下，手机保持在GSM1800小区。
下面具体说明双频网优化中的参数调整。
（1）小区选择的优化设置
手机开机后会对GSM网进行搜索，选择一个合适的小区，从中提取控制信道参数和其它系统消息，完成小区选择过程。GSM规范规定了小区选择的依据参数，即路径损耗准则C1。C1与允许的最低接入电平（RXLV_ACCESS_MIN）有关。
C1=A-Max（B,O）
A=Received Level Average-RXLEV_ACCESS_MIN
B=MS_TXPWR_MAX_CCH-P
式中：Received Level Average为手机实际接收到的电平；RXLEV_ACCESS_MIN为手机接入系统时所需的最小接入电平；MS_TXPWR_MAX_CCH为手机接入系统时可使用的最大发射功率；P为手机所具有的最大输出功率。
对GSM1800 Class 3手机而言，B=MS_TXPWR_MAX_CCH+POWER OFFSET-P其中：POWER OFFSET为与MS_TXP-WR_MAX_CCH相关的功率偏移。手机所选择的小区的C1必须大于0，同时还要判断该小区是否被禁止接入、小区的优先级等因素。在满足C1标准的前提下，手机选择优先级高的小区。
若手机中存有BA表，则手机在该表的BCCH载频上进行搜索，若检测到一个小区，其级别为高，且C1＞0，则选择该小区。否则在所有频点中搜索。
由于GSM1800频段的信号衰耗较大，在GSM900与GSM1800共存的情况下，为了使双频手机能够尽可能地接入GSM1800系统，可以通过设置小区的CBQ（CELL_BAR_QUALIFY） 和CBA（CELL_BAR_ACCESS）值，来控制小区选择的优先级。鉴于GSM1800小区的信号强度通常低于GSM900，因此设置GSM1800小区的优先级为“正常”，GSM900为“低”。在小区信号满足C1准则的前提下，通过该参数的设置，使双频手机优先选择GSM1800小区。小区优先级设置列表见表1。
表1 小区优先级设置列表
注：蓝色为1800M网络参数设置，红色为900M网络参数设置
（2）小区重选的优化设置
在空闲模式时，手机停留在所选的小区中，通过接收该小区的系统消息，检测BA1列表，测试该列表中邻近小区BCCH载频的信号电平，记录其中最大的6个相邻小区，并从中提取和比较每个相邻小区的各类系统消息和控制信息，一旦满足一定的条件，手机就从当前小区转移到另一个小区，这就是小区重选。对phase2手机而言，由无线信道质量引起的小区重选，以参数C2作为标准。C2是基于参数C1及经验值形成的。
C2=C1+CELL_RESE_LECT_OFF SET-TEMPORARY OFFSET×H（PENALTY_TIME-T）
当PENALTY_TIME=31时，
C2=C1-CELL_RESELECT-OFFSET
式中：
CRO（CELL_RESELECT_OFF-SET）用于设置经验值修正重选参数C2：
TO（TEMPORARY OFFSET）是临时偏移，在PT（PENAL_TY_TIME）规定的时间起作用；
T是计数器。
小区重选不分优先级，在合适的条件下，手机重选C2值大的小区。根据C2算法，通过设置CRO、TO、PT等参数来调整C2值，使GSM1800的C2值大于GSM900的C2值。可实现即使在GSM1800小区信号强度低于GSM900情况下，仍然使双频手机重新选择GSM1800小区。
在建网初期，巴彦淖尔联通部分1800MHz小区的CRO等参数与900MHz小区的参数设置一致，话务吸收效果不明显。在网络优化过程中，结合网络运行情况对该参数进行了调整，设置1800MHz小区的C2值比900MHz小区高出约20dB。这样不仅便于DCS1800系统吸收话务量，而且对于DCS1800系统连续覆盖的区域，也可大大减少频段间切换，降低系统掉话率。
（3）切换和话务平衡的参数设置
GSM900与GSM1800同站址造成的两系统间的切换。相当于C1与C2面的切换，见图5。通过参数设置限制双频手机，使其尽量在GSM1800基站间切换，这样就把系统面与面间的切换变为了线与线（P1，P2）间的切换。
图5
在通话过程中，当有接收电平Rxleve或接收质量Rxqual更为合适的小区出现时，手机会切换到该小区，以保持良好的通话质量。在双频网优化中，我们合理采用ALCATEL先进的切换算法和话务管理算法，在保证通话质量的前提下，实现了双频网络的平滑切换。
ALCATEL先进的切换算法如下：
由于DCS1800与GSM900不同波段的传播特性不同，若单纯采用功率预算切换算法（PBGT），会造成频段间切换过于频繁，使网络质量及终端用户的感觉变差。ALCATEL共提供了七种先进的切换算法，可以根据不同的无线环境选择合适的切换算法。为了使DCS1800系统层更多地吸收话务，在DCS1800形成连续覆盖的区域，由DCS1800向GSM900切换选用切换算法3，由GSM900向DCS1800切换选用切换算法5。这样可以使手机在待机状态下，尽量保持在1800MHz网络层上。但如果1800MHz的信号强度低于-85dBm， 且900MHz邻区信号强于1800MHz信号5dB时，则希望双频手机用户回到900HzM网络上，以便保证良好的呼叫质量。针对快速移动的用户和DCS1800系统边缘覆盖区域，可适当调整切换的平均和表决机制参数，以适应特殊区域的需要。调整后临河城区某区域双频网间话务量分布情况见表2。在有双频覆盖的区域，双频手机用户44.4%的话务量被1800M网络吸收。
临河城区的双频网络，经过网络优化、参数调整后，话务分布合理，网络层间的切换正常，GSM900无线环境得到了净化，整个网络的通信质量得到了提高。
三、小结
我们在双频网建设中，以科学的网络规划、扎实的工程建设为基础，在长期不懈的网络优化工作中，摸索出一些双频网的建设经验；而且通过实践检验，这些经验对于网络质量的提高和网络资源的合理利用是切实可行的，对于将联通GSM网络建设成一流精品网络是非常有益和可取的。
